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Recuperador de energía aplicados a
sistemas de aire acondicionado
Ing. David Ortiz Gómez.
Los intercambiadores de calor están diseñados para trasferir energía, en forma de calor de un medio (por ejemplo un gas o liquido) a otro
¿Que es un recuperador?
Los sistemas de recuperación de energía proporcionan una
forma controlada de ventilar un edificio mientras que
minimizan las pérdidas de energía
¿Que es un recuperador?
¿Que hace un recuperador de energía?
La aplicación mas familiar de un
recuperador de aire a aire es en
ventilación y sistemas de aire
acondicionado
Objetivo: Utilizar la temperatura del
aire de retorno, para disminuir el
trabajo del sistema de aire
acondicionado
¿Como trabaja un recuperador?
En un recuperador de aire a aire el caudal de
entrada y salida están separados por una
barrera solida, (por ejemplo un ducto, pared)
partiendo del hecho de que existe una
diferencia de temperatura entre los dos
fluidos el calor del primero es cedido al
segundo de acuerdo a la segunda ley de la
termodinámica
Eficiencia térmicaEl grado de transferencia de energía
calorífica a otros fluidos es conocido como
eficiencia térmica.
Eficiencia térmicaSi suponemos que la temperatura del aire en
el interior del edificio (waste air) es 20º C, la
temperatura el aire en el exterior (fresh air)
es 10ºC y el aire fresco entra al edificio a
12ºCentonces la eficiencia térmica de cada
flujo será
Tipos de Sistemas
Existen dos tipos de sistemas de
recuperación de energía:
ventiladores recuperadores de calor (VRC) y
ventiladores recuperadores de energía (o de
entalpía) (VRE).
Tipos de Sistemas
La principal diferencia entre un recuperador
de energía y un recuperador de calor es la
forma en la que trabaja el intercambiador de
calor
Tipos de Sistemas
Desde temperatura y la humedad se transfiere, ERVs
puede ser considerado los dispositivos enthalpic
totales.
Por otra parte, un Ventilador de recuperación del
calor (HRV) se limita solamente a transferir calor
sensible.
HRVs puede ser considerado dispositivos sensibles
solamente porque intercambian únicamente calor
sensible
Tipos de Sistemas ERVs Vs HRVs
Los recuperadores de calor transfieren únicamente
temperatura diferencial
Son buenos para alta concentración de humedad y
temperatura
No son generalmente usados para ventilación
general de edificios debido a su baja eficiencia
Adicionan humedad al edificio en verano
Requieren una charola de condensados y dren
Requiere un defrost activo
Controles complejos
Tipos de Sistemas ERVs Vs HRVs
Los recuperadores de energía pueden transferir
temperatura y humedad diferencial
Ruedas desecantes y platos entalpicos
Funcionan mejor en climas fríos y cálidos húmedos
Alta eficiencia en la transferencia de alta
temperatura y humedad
Ventiladores de recuperación de
energía
De acuerdo con el Departamento de Energía de
EE.UU., los ventiladores de recuperación son “más
rentables en los climas con inviernos extremos o los
veranos, y donde los costes de combustible son
altos.
El otro factor a considerar es el beneficio para la
salud de refrescar el aire interior.
Métodos de Transferencia
Un ventilador de la recuperación de la energía (ERV)
es un tipo de intercambiador de calor air-to-air que
no sólo puede transferir calor sensible, también
calor latente.
Tipos de dispositivos de la
recuperación de energíaRueda rotatoria de la entalpia Total y sensible
Placa fija Y sensible totales
Pipa de calor Sensible
Función alrededor de lazo Sensible
Thermosiphon Sensible
Torres gemelas Sensible
Tipos de dispositivos de la
recuperación de energía
Rueda air-to-air rotatoria de la entalpia
Componen al intercambiador de calor de la rueda
que rota de un cilindro que gira llenado de un
material permeable al aire dando por resultado un
área superficial grande. El área superficial es el
medio para la transferencia de energía sensible.
Mientras que la rueda rota entre la ventilación y las
corrientes del aire de extractor toma energía térmica
y la lanza en la corriente de un aire más frío.
Tipos de dispositivos de la
recuperación de energía
Rueda air-to-air rotatoria de la entalpia
El intercambio de la entalpia se logra con el uso de
desecativos. Humedad de la transferencia de los
desecativos con el proceso de adsorción cuál
predominantemente es conducido por la diferencia
en presión parcial del vapor dentro de las corrientes
aéreas de oposición. Los desecativos típicos
consisten en Gel de silicona, y tamices moleculares.
Tipos de dispositivos de la
recuperación de energía
Rueda air-to-air rotatoria de la entalpia
Requiere una purga para la contaminación del aire
Consumo de potencia parasito
Alto costo de mantenimiento
Fuga de aire en los sellos
Controles complejos
Efectos de fuga en la rueda
Me
dia
Ro
tati
on
Aire del interior
Aire Exterior
Sello en la circunferencia
= perdida de eficiencia
Sellos en el diámetro = Contaminación
Efectos de fuga en la rueda
La perdida de aire es significante en las ruedas
Las ruedas pequeñas pierden entre 15-30% de aire
en la purga y aun algo de aire de transferencia
Ruedas pequeñas sobre 50% de purga logran 0.0
aire de transferencia
Ruedas grandes típicamente 10-20%
Degradación del desecante
Se desarrollo un ensayo de acuerdo a ARI 1060 a una
rueda desecante (Mayor fabricante USA)
La unidad fue removida del ensayo después de ser
usada por un equivalente de 4 años en una
aplicación residencial
El performance envejecido fue comparado contra los
datos certificados del producto
Degradación del desecante
Las fugas de aire de extracción dentro de aire fresco
incrementaron del 10.0 % a 19.5 %lo que representa
un 95%
La eficiencia del intercambio sensible se redujo de
75.0% al 70% esto represento un 7%
La eficiencia total de intercambio se redujo del 70%
al 58% debido principalmente a la degradación del
desecante
Mantenimiento de la rueda
Algunos fabricantes recomiendan comprar un
remplazo con cada unidad para cambiar por limpieza
Ajuste de sellos y remplazo
Ajuste o remplazo de bandas o transmisión
Tipos de dispositivos de la
recuperación de energía
Intercambiador de calor de placa
Los cambiadores de calor fijos o de placa no tienen
ninguna pieza móvil. Las placas consisten en el
alternar de capas de placas que se separan y se
sellan. El flujo típico es solamente transferencia
actual y puesto que la mayoría de placas es sólida y
no permeable, sensible cruzada es el resultado.
Cubo Entálpico
Este sistema está compuesto por un cubo hecho de
láminas que separan ambos flujos de aire. Estos
pueden ser hechos de metal y plástico, los cuales
transfieren únicamente temperatura de una fibra
compuesto especial que permite la transferencia de
calor y humedad.
Aplicaciones del Cubo Entálpico
El cubo entálpico es rápidamente justificado en edificios con
altos niveles de actividad y ocupación por más de 4 hrs
continuas como casas, escuelas, oficinas, tiendas
departamentales.
En especial en aquellos lugares que generan altas cantidades
de contaminantes por cigarro, como son Restaurantes, Bares,
Casinos, lugares de fumadores, incluso es esencial.
Donde se requiera una alta renovación del aire acondicionado
por motivos específicos como albercas techadas, laboratorios,
hospitales, cuartos donde se requiera el suministro constante
de aire fresco.
Aplicaciones del Cubo Entálpico en la
Industria
En aplicaciones industriales en nuestro país puede
resultar muy beneficioso, sobre todo en aquellas
naves donde existen los calentadores suspendidos
de gas dentro de la misma nave. Se puede no sólo
obtener una mejor calidad de aire sino también
recuperar la inversión en corto tiempo. Para lo que
se puede calcular y predecir gráficamente el
beneficio.
Aplicaciones del Cubo Entálpico
No es recomienda la aplicación de este sistema en
aquellos lugares donde la temperatura exterior e
interior sean muy similares, así como en áreas
donde el sistema mecánico de ventilación no
permita la instalación del sistema, o requiera
demasiada ductería lo que haría incosteable el
sistema.
En orden de obtener la mayor eficiencia para ambos flujos un recuperador necesita cumplir con los siguientes criterios
Los dos flujos deben estar en un arreglo pure conter flowLa masa de los flujos esta en balance perfecto NO fugas entre los fluidosLa masa del flujo debe estar distribuida uniformemente sobre la superficie del recuperadorEl calor no es conducido a lo largo de la longitud del ducto
Eficiencia térmica
Tipos de Intercambiadores de Calor
En paralelo, El flujo se mueve en la misma
dirección.
Cross flow, El flujo se mueve en un ángulo de
90 grados en relación al otro flujo.
Counter flow, El flujo se mueve en dirección
opuesta
La masa de lo flujos de aire esta en
Balance perfecto
La masa del aire pasando en cada dirección
durante un periodo de tiempo dado debe ser
el mismo
NO fugas entre los fluidos o el exterior
No debe haber fugas entre los fluidos o en el
exterior lo que resultaría en una baja
eficiencia y contaminación el aire
La masa del fluido debe distribuirse
uniformemente sobre la superficie del
recuperador
Como se menciono en el balance el flujo de
aire debe pasar a través del recuperador en
perfecto balance esto asegurara que todo el
aire entre en los conductos.
Factores que afectan la capacidad de
intercambiar calor en un recuperador
Una gran superficie disponible para el
intercambio de calor
El grado de resistencia del aire en cada ducto
para transferir el calor de un fluido a otro
Es un avanzado intercambiadorestático, que trasfiere calor por conducción y humedad usando una resina higroscópica
Que es Renewaire?
Separación positiva del aire
No requiere condensado o defrost
Mantenimiento sencillo
Confiable larga duración
Renewaire plato estático ERV
Safety and durability ULResidencial product performance HVICommercial product performance ARI
Renewaire plato estático ERV
Los componentes de un recuperador de energía.
Las pruebas se realizan en condiciones estándar.
�Invierno - SalidaProm= 35°Fbs, 33°Fbh
RetorProm=70°Fbs, 58°Fbh
�Verano - Salida Prom= 95°Fbs, 78°Fbh
RetorProm =75°Fbs, 63°Fbh
¿Qué se certifica?
¿Qué se certifica?Flujo de aire.
Caída de presión.
Eficacia.
Calor Sensible.
Calor Latente (humedad).
Total.
Fuga cruzada(proporción del aire transferido al
exterior)
Programas de certificación para equipos.
•Home Ventilation Institute.
1. Certificación para equipo de ventilación residencial.
2. Unidades de embasado estándar.
3. Certificados de rendimiento para AAERV menores a 400 CFM.
•Air Conditioning and Refrigeration Institute –
AHRI Estándar 1060
1. Certificación para equipamiento comercial en general.
2. Componentes estándar para recuperadores de energía.
Renewaire ERV
Renewaire ERV
Renewaire ERV
Renewaire ERV
Renewaire ERV es una tecnología estable probado para
diseñar su ventilación Low Cross ContaminationHigh Efficiency
Ventilation System Design
10 ton AC = 4000 CFM
25% OA = 1000 CFM
Load imposed by OA= Approx. 4 tons
Savings with RenewAire= Approx. 2.5 tons
Can provide same AC capacity with a 7.5 ton AC unit!!
Mantenimiento Simple
Tecnología Renewaire
Paso de aire recto
Flujo laminar
Diseño compacto no estorboso
Velocidad tipica 200-500 ft/min
Perdida de presión Estática 0.3 – 1.3 inch
Tecnología Renewaire
Después de la limpieza con la aspiradora y
un cepillo suave esta completamente
restaurado
CoreWarranty
Plus, Two year parts & manufacturing quality warranty
Una línea completa de platos estáticos para ERVsResidential and Small Commercial
Applied Products
RTEC – Roof Top End Connect
Outdoor Commercial
Indoor Commercial
� “C” - Series (cabinet) � 500-20,000 CFM
� “P” – Series (panelized) � 1,500-unlimited CFM
� Requires blowers and manifolds by others
� 5 models � 250-3,700 CFM
� 1 or 3 phase multi-voltage � 24 volt control
� Available transition for various brand rooftop units
� 7 models � 250-7,950 CFM
� 1 or 3 phase multi-voltage � 24/120/230 volt control
� Available vertical or horizontal duct connections
� 5 models � 100-500 CFM
� Built-in 24 volt transformer/relay package
V H� 11 models � 250-7,950 CFM
� 1 or 3 phase multi-voltage
� 24/120/230 volt control
Ventajas competitivas
ARI Certificado 0% Contaminación
CORE garantizado contra degradación
por 10 años
Bajos costos de mantenimiento
Completa línea comercial y residencial
Precios competitivos
Un buen sistema de aire acondicionado es
aquel que pueda brindar un ambiente de
confort, el cual proporcione una adecuada
temperatura, presión, humedad relativa,
calidad de aire, nivel de ruido y bajo costo.
Aspectos a considerar:
Cargas térmicas
Personal.
Transmisión de calor.
Iluminación.
Equipos varios.
Radiación solar.
Ganancias por aire
exterior.
Transmisión de calor.
La ganancia o de calor por transmisión se da a través de
muros, techos , ventanas, puertas, etc y la podemos
calcular con la siguiente ecuación:
TUAq ∆=Donde:
barrera la de lados los entre atemperatur de lDiferencia T
calor el fluye cual la de Travès a Area A
calor de iatrasferenc de total eCoeficientU
===
∆
Transmisión de calor.
n
n
2
2
1
1
0i k
x....
k
x
k
x
h
1
h
11
U+++++
=
barrera la de material del tèrmicadadConductivi :k
barrera la costituye que material delEspesor :x
millas/hr) (15
Km/hr 24 movimientoen aire paraexterior pilìcula de eCoeficient :
quieto"" aire parainterior pelìcula de eCoeficient : 0
ih
h
Transmisión de calor.
Entre menor sea el valor
del coeficiente global de
calor , menor será la
ganancia de calor.
Por lo que se recomienda la
utilización de materiales
con conductividad térmica
alta.
Iluminación.
Las ganancias de calor
por iluminación esta
directamente ligadas a la
potencia (en w), por lo
tanto a menor potencia
menor es la ganancia de
calor.
)/(86.0 hkcalwxqI =
Equipos varios.
Las ganancias de calor por equipos
esta directamente ligadas a la potencia
(en w) y a la eficiencia , por lo tanto a
mayor eficiencia menor es la ganancia
de calor.
)/)(1(86.0 hkcalnxwxqm −=
Radiación solar.
La ganancia de calor por radiación se da a través de
muros, techos , ventanas, puertas, etc y la podemos
calcular con la siguiente ecuación:
Donde:
latitud. cada para tabuladaRadiación R
radiacion. la decorrecion deFactor F
calor el fluye cual la de Travès a Area A
===
ARFqr =
Mientras menor sea el valor de F menor es la ganancia por radiación
Ganancias por aire exterior.
Ciclo completo del aire:
LOCAL
UMA
AIRE DE INYECCION
AIRE EXTERIOR
AIRE DE RETORNO
Una vez que el aire acondicionado ha llegado a las
condiciones interiores establecidas para el local
considerado, debe salir de él para ser substituido
por mas aire preveniente de la uma; sin embargo,
en la mayoría de los casos es más fácil acondicionar
éste aire que tirarlo al exterior, obteniéndose de
esta forma una economía importante de energía.
No es posible recircular todo el aire, ya que es
necesario disponer de un cierto volumen de "aire
nuevo" para mantener la pureza del aire en el
Interior del local.
Se recirculará todo el aire que sea permisible y se
completará al 100 % por medio de la adición de aire
exterior
23 C
25 C
32 C
29 C
Ganancias por aire exterior.
La ganancia por aire exterior se pueden calcular con la
siguiente ecuación:
Donde:
ura. temeperatde lDiferencia t
aire del especificoCalor cp
aire de masico flujo m
=∆==
tmcpqaext ∆=
Mientras menor sea el valor de m menor es la ganancia por aire exterior
El aire de interior es de 2 a 5 veces y en
ocasiones hasta 100 veces mas
contaminadas que el aire al aire
exterior.”
U.S. EPA
Que tan pequeño puede ser m?.
Problemas a corto plazo por falta de m.
•“Síndrome del edificio enfermo” algunos
inquilinos se enferman cuando entran en eledificio y se recuperan cuando se van•Pérdida de negocio - el restaurante pierde aclientes debido a la concentración de malosolores ocasionados por baños y/o cocina.
•El control inadecuado de la humedad da lugara la formación de agentes biológicos.
Problemas a largo plazo por falta de m.
Impacto a la salud de los ocupantes, debido a los
niveles elevados de los contaminante (radón, fira
de vidrio, etc.).
Productividad disminuida debido al ausentismo.
Costos de mantenimiento más altos para la
limpieza y mantenimiento de equipos de A.A.
HOURS
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M
PP
M C
O2
(T
HO
USA
ND
S)
PRESCHOOL FACILITY- Before RenewAire EV450
OSHA
800 PPM
CO2 LIMIT
ASHRAE-1000 PPM
CO2 LIMIT
HOURS
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 M
PP
M C
O2
(T
HO
USA
ND
S)
PRESCHOOL FACILITY- After RenewAire EV450 Installation
OSHA
800 PPM
CO2 LIMIT
TIME
CLOCK
TURNED
OFF - HE450
TIME
CLOCK
TURNED
OFF - HE450
ASHRAE-1000 PPM
CO2 LIMIT
Como ahorrar energía sin sacrificar a m.
Con la implementación de equipos nuevos de
vanguardia como lo es RENEWAIRE es posible
utilizar la temperatura de aire de retorno para que
enfrié el aire exterior.
Como ahorrar energía sin sacrificar a m.
LOCAL
UMA
AIRE DE INYECCION
AIRE DE RETORNO
RN23 C
23 C
32 C
25 C
30 C
Conclusiones:
- Un buen sistema de aire acondicionado, es
responsabilidad de los arquitectos, ingenieros civiles
e ingenieros mecánicos.
- El ahorro de energía no tienen que disminuir la
calidad del aire interior.
- al proponer un sistema de recuperación de energía,
se debe asegurar que cuente con los certificados
pertinentes.
- El clima del futuro es el reto del presente
Conclusiones:
- Al utilizar ERV’s todos ganamos. Los ocupantes van a disfrutar
de una mejor calidad de aire. Los dueños de los edificios van
a poder instalar equipos de aire acondicionado y/o
calefacción más pequeños y disfrutan de menor consumo
energético. Finalmente todos somos beneficiados ya que al
reducir el consumo energético se disminuye la cantidad de
gases emitidos que producen el efecto invernadero.
